Παρατηρήσεις επιβεβαιώνουν υπερταχείς (φαίνονται ότι κινούνται τέσσερις φορές ταχύτερα από το φως) πίδακες υλικού από συγχώνευση άστρων νετρονίων

Ακριβέστατη μέτρηση με τη χρήση ενός συστήματος ραδιοτηλεσκοπίων του NSF (National Science Foundation) αποκάλυψε ότι ένας στενός πίδακας σωματιδίων που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός απέδρασε στον διαστρικό χώρο μετά από τη συγχώνευση ενός ζεύγους άστρων νετρονίων, σε έναν γαλαξία 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Η συγχώνευση, που συνέβη τον Αύγουστο του 2017, έστειλε βαρυτικά κύματα να εξαπλώνονται στο διάστημα. Ήταν το πρώτο γεγονός που ανιχνεύτηκε τόσο από βαρυτικά, όσο και από ηλεκτρομαγνητικά κύματα, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων-γ, του ορατού φωτός και των ραδιοκυμάτων.

Το απότοκο της συγχώνευσης, που ονομάστηκε GW170817, παρατηρήθηκε από τροχιακά και επίγεια τηλεσκόπια από όλον τον πλανήτη. Οι επιστήμονες παρακολουθούσαν, καθώς τα χαρακτηριστικά των λαμβανόμενων κυμάτων άλλαζαν με το χρόνο και χρησιμοποίησαν τις αλλαγές αυτές ως στοιχεία για να αποκαλύψουν τη φύση των φαινομένων που ακολουθούσαν τη συγχώνευση. Ένα ερώτημα που ξεχώριζε, ακόμη και μήνες μετά τη συγχώνευση, ήταν εάν το γεγονός είχε παραγάγει ένα στενό πίδακα, ταχέως κινούμενου υλικού που έκανε τη διαδρομή του στο διαστρικό χώρο, ή όχι. Αυτό ήταν σημαντικό, επειδή τέτοιοι πίδακες απαιτούνται για να παράγουν τον τύπο των εκρήξεων ακτίνων-γ που οι θεωρητικοί είχαν πει ότι θα προκαλούνταν από τη συγχώνευση ενός ζεύγους άστρων νετρονίων.

Η απάντηση προέκυψε όταν οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό τηλεσκοπίων και συστοιχιών τηλεσκοπίων [το GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope), τη VLBA (Very Long Baseline Array) του NSF και τη VLA (Karl G. Jansky Very Large Array)] και ανακάλυψαν ότι μια περιοχή της ραδιοεκπομπής από τη συγχώνευση είχε κινηθεί και η κίνηση ήταν τόσο ταχεία που μόνο ένας πίδακας θα μπορούσε να εξηγήσει την ταχύτητά της. «Μετρήσαμε μια φαινόμενη κίνηση που είναι τέσσερις φορές ταχύτερη από το φως. Αυτή η ψευδαίσθηση, που ονομάζεται υπερφωτεινή κίνηση, παράγεται όταν ο πίδακας κατευθύνεται περίπου προς τη Γη και το υλικό στον πίδακα κινείται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός», αναφέρει ο Kunal Mooley, από το National Radio Astronomy Observatory (NRAO) και το Caltech.

Οι αστρονόμοι παρατήρησαν το αντικείμενο 75 ημέρες μετά τη συγχώνευση και πάλι, στη συνέχεια, 230 ημέρες μετά. «Με βάσει την ανάλυσή μας, ο πίδακας αυτός πιο πιθανά είναι πολύ στενός, το πολύ 5 μοίρες εύρος γωνίας και κατευθύνονταν μόνο 20 μοίρες απόκλιση από την κατεύθυνση που βρίσκεται η Γη», ανέφερε ο Adam Deller, από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Swinburne, στην Μελβούρνη, στην Αυστραλία και παλαιότερα του NRAO και πρόσθεσε: «Όμως για να ταιριάζουν οι παρατηρήσεις μας, το υλικό του πίδακα επίσης πρέπει να εκτοξεύεται με πάνω από το 75% της ταχύτητας του φωτός».

Το σενάριο που αναδύεται είναι ότι η αρχική συγχώνευση των δυο υπέρπυκνων άστρων νετρονίων προκάλεσε μια έκρηξη που προώθησε ένα σφαιρικό κέλυφος υπολειμμάτων προς τα έξω. Τα άστρα νετρονίων κατέρρευσαν σε μια μαύρη τρύπα της οποίας η ισχυρότατη βαρύτητα άρχισε να τραβάει υλικό προς αυτήν. Το υλικό αυτό διαμόρφωσε ένα ταχύτατα περιστρεφόμενο δίσκο που δημιούργησε ένα ζευγάρι πίδακες, προς τα έξω, από τους δυο πόλους της. Καθώς το γεγονός εξελίσσονταν, το ερώτημα έγινε αν οι πίδακες θα δραπετεύσουν από το κέλυφος των υπολειμμάτων από την αρχική έκρηξη. Τα δεδομένα από τις παρατηρήσεις έδειξαν ότι ένας πίδακας είχε αλληλεπιδράσει με τα υπολείμματα, διαμορφώνοντας ένα ευρύ κέλυφος, ένα «κουκούλι», υλικού που επεκτείνονταν προς τα έξω [βλέπε μικρή εικόνα]. Ένα τέτοιο κέλυφος θα επεκτείνεται πιο αργά από έναν πίδακα.

«Η ερμηνεία μας είναι ότι το κέλυφος κυριάρχησε στην ραδιοεκπομπή μέχρι περίπου 60 ημέρες μετά τη συγχώνευση και στον επόμενο χρόνο η εκπομπή ήταν κυριαρχούμενη από τον πίδακα», ανέφερε ο Ore Gottlieb, από το Πανεπιστήμιο του Tel Aviv, ένας κορυφαίος θεωρητικός στη μελέτη. «Ήμασταν τυχεροί που μπορέσαμε να παρατηρήσουμε το γεγονός αυτό, επειδή εάν ο πίδακας κατευθύνονταν πολύ πιο μακριά από τη Γη, η ραδιοεκπομπή θα πρέπει να είναι πολύ ασθενής για μας για να ανιχνευθεί», λέει ο Gregg Hallinan του Caltech.

Η ανίχνευση ενός ταχέως κινούμενου πίδακα στο GW170817 ενισχύει ιδιαίτερα τη σύνδεση μεταξύ των συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων και σύντομης διάρκειας εκρήξεις ακτίνων-γ, είπαν οι επιστήμονες. Πρόσθεσαν ότι ο πίδακας πρέπει να κατευθύνεται σχετικά κοντά στην κατεύθυνση προς τη Γη για να ανιχνευτούν οι εκρήξεις των ακτίνων-γ. «Η μελέτη μας δείχνει ότι ο συνδυασμός των παρατηρήσεων από τις VLBA και VLA, καθώς και το GBT είναι ένας ισχυρό μέσο της μελέτης των πιδάκων και της φυσικής που συνδέεται με τα γεγονότα βαρυτικών κυμάτων», ανέφερε ο Mooley.

«Το γεγονός της συγχώνευσης ήταν σημαντικό για διάφορους λόγους και συνεχίζει να εκπλήσσει τους αστρονόμους με περισσότερες πληροφορίες», είπε ο Joe Pesce, διευθυντής προγράμματος του NSF για το NRAO. «Οι πίδακες είναι αινιγματικά φαινόμενα που εμφανίζονται σε μια σειρά περιβάλλοντα και τώρα αυτές οι εκπληκτικές παρατηρήσεις στο τμήμα των ραδιοκυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος παρέχουν συναρπαστικές γνώσεις για αυτά, βοηθώντας μας να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν».

Ο Mooley και οι συνάδελφοί του ανέφεραν τα ευρήματά τους στην online έκδοση του περιοδικού Nature.

Πηγή: National Radio Astronomy Observatory

Περισσότερα στη δημοσίευση: Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron-star merger GW170817. Nature.